Uma breve atualização sobre o experimento de evolução de longo prazo

Imagem gerada por IA (acervo de Lexica)

por Fazale Rana

13 de dezembro de 2012

Há alguns dias, discuti um estudo recente {já publicado traduzido aqui no blog} que revelou que as taxas de mutação no genoma da E. coli não são aleatórias como esperado pelo paradigma evolutivo. Em vez disso, estas taxas não são aleatórias e são otimizadas para minimizar os efeitos deletérios das mutações. Os pontos quentes mutacionais ocorrem em regiões do genoma que (1) codificam processos não críticos para a sobrevivência celular; (2) abrigam genes expressos em níveis baixos; e (3) especificam processos metabólicos raramente utilizados.

Ainda assim, mutações acontecem. E, de acordo com os evolucionistas, essas mudanças genéticas impulsionam o processo evolutivo. A seleção natural elimina mutações prejudiciais do pool genético. No entanto, mudanças vantajosas podem levar a uma nova função bioquímica e ao aumento da aptidão física.

Sou cético quanto à capacidade da evolução química e da macroevolução explicarem a origem e a história da vida. (Veja Origins of Life [Origens da vida], Creating Life in the Lab [Criando vida no laboratório] e What Darwin Didn’t Know [O que Darwin não sabia]* para discussões detalhadas sobre os problemas científicos com evolução a química e a macroevolução.) Estou convencido, entretanto, de que algumas formas de evolução são válidas, a saber: microevolução, especiação e evolução microbiana.

* Há também um pequeno e-book de Reasons to Believe com este mesmo título. Ele é gratuito e já foi traduzido e disponibilizado aqui no blog. CLIQUE AQUI para baixá-lo.

Por exemplo, existem amplas evidências de que as bactérias evoluem. O Experimento de Evolução de Longo Prazo (LTEE), conduzido por cientistas da Universidade Estadual de Michigan, demonstra esse ponto.

O Experimento de Evolução de Longo Prazo

Inaugurado em 1988 e liderado por Richard Lenski, este estudo foi concebido para monitorar mudanças evolutivas em E. coli. O LTEE começou com uma única célula de E. coli que foi usada para gerar doze linhas de células geneticamente idênticas.

Os doze clones foram inoculados separadamente num meio de crescimento mínimo que continha baixos níveis de glicose como única fonte de carbono. Depois de crescer durante a noite, uma alíquota de cada cultura foi transferida para meio de crescimento fresco. Este processo tem sido repetido todos os dias há cerca de vinte anos. Ao longo do experimento, alíquotas de células foram congeladas a cada 500 gerações. Estas células congeladas representam uma espécie de “registro fóssil” que pode ser descongelado e comparado com as gerações atuais e outras gerações passadas.

As forças da seleção natural foram controladas cuidadosamente nessa experiência. A temperatura, o pH, os nutrientes e a exposição ao oxigênio permaneceram constantes nos últimos vinte anos. A fome é o principal desafio enfrentado por essas células.

E. coli cultivada em condições aeróbicas (à base de oxigênio) não pode usar citrato como alimento. Esta bactéria, que possui maquinaria bioquímica para metabolizar o citrato, simplesmente não consegue transportar o composto através do envelope celular. Mas, na ausência de oxigênio, a E. coli pode transportar citrato para dentro da célula e utilizá-lo como fonte de carbono.

A equipe de investigação aproveitou a deficiência de E. coli para monitorizar a contaminação na sua experiência. Eles adicionaram citrato em níveis relativamente altos ao meio de crescimento. Uma vez que outros micróbios podem normalmente fazer uso de citrato, qualquer micróbio contaminante introduzido acidentalmente durante as etapas de transferência crescerá para densidades celulares maiores do que E. coli, fazendo com que o meio fique turvo.

A Evolução da Utilização de Citrato

Cerca de 32.000 gerações no LTEE, a E. coli começou a utilizar citrato como fonte de carbono. A equipe concluiu que esta capacidade recém-adquirida resultou de uma série de mutações no genoma da E. coli.

Um novo trabalho do laboratório de Lenski identificou, pelo menos em parte, as alterações que levaram à  capacidade da E. coli de transportar citrato para dentro da célula em condições aeróbicas. [1] Acontece que essa nova capacidade não envolveu a evolução de um novo gene, mas a expressão alterada do gene existente que codifica um transportador de citrato. Este gene é expresso quando as células crescem na ausência de oxigênio. Mas o gene não é expresso em condições aeróbicas.

A mudança chave que levou à alteração da expressão genética envolveu um rearranjo genômico no qual regiões do genoma foram trocadas. Quando isso aconteceu, um promotor que desencadeia a expressão de um gene envolvido no metabolismo energético em condições aeróbicas ficou associado ao gene que codifica o transportador de citrato. Isso significa que o gene transportador de citrato é agora expresso em condições aeróbicas.

Embora o rearranjo genômico tenha sido o principal evento que levou ao transporte de citrato na presença de oxigênio, não foi a única alteração envolvida na  evolução da E. coli. Duas mutações potencializadoras no genoma foram necessárias antes que o rearranjo ocorresse. A natureza exata dessas mudanças ainda é desconhecida – mas são necessárias. Se não ocorrerem, o embaralhamento do genoma não levará à capacidade de transportar citrato para dentro da célula em condições aeróbicas.

Um outro passo foi necessário. Esta etapa ocorreu após o transportador de citrato capturar a sequência do promotor aeróbio. Envolveu eventos de duplicação do genoma que produziram múltiplas cópias do transportador de citrato (e do promotor recentemente associado). A duplicação fez com que a expressão do gene transportador de citrato fosse amplificada.

Com base neste trabalho notável, fica claro que a E. coli (e, por extensão, outras bactérias) pode evoluir.

Validação para o Paradigma Evolutivo?

O fato de as bactérias poderem evoluir não significa que os processos evolutivos possam explicar a origem e a história da vida. Para uma discussão detalhada sobre este tópico, clique nos links abaixo:

• “Experimento de evolução de longo prazo: evidências do paradigma evolutivo? (1 de 2)” {já publicado traduzido aqui no blog}
• “A evolução das bactérias que consomem cafeína estimula a defesa da evolução biológica?” {já publicado traduzido aqui no blog}

Embora muitos biólogos evolucionistas apontem para estudos a exemplo do LTEE como apoio ao paradigma evolutivo, este estudo gerou alguns resultados inesperados – resultados que, na minha opinião, desafiam ideias-chave da evolução biológica. Clique nos links abaixo para ler alguns artigos sobre os problemas que o LTEE cria para o modelo evolutivo:

• “Incapacidade de repetir a evolução dos acasos passados” {já publicado traduzido aqui no blog}
• “Experimento de evolução de longo prazo: evidências do paradigma evolutivo? (2 de 2)” {já publicado traduzido aqui no blog}

Notas de Fim

1. Zachary D. Blount et al., “Genomic Analysis of a Key Innovation in an Experimental Escherichia coli Population”, Nature 489 (27 de setembro de 2012): 513–18.

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Traduzido de A Brief Update on the Long-Term Evolution Experiment (RTB)

Etiquetas:

experimento evolutivo de longo prazo, longa duração - evolucionismo